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釜底阀的故障分析及改进

文档作者：吴冬玲文档来源：中国石化上海石油化工股份有限公司仪控中心		更新日期： 2026年05月18日	点击数：
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釜底阀的故障分析及改进
吴冬玲
（中国石化上海石油化工股份有限公司仪控中心，上海 ２００５４０）
摘　要：　中国石化上海石油化工股份有限公司合成树脂部 １号高压聚乙烯两条生产线的 ６台釜底阀在日
常运行过程中因动作频繁而需经常拆下进行必要的研磨检修，使得阀门的控制精度逐渐下降。为适应苛刻
的工艺条件，保障该类阀门能持续有效地正常运行，提出隐患治理及改进措施，主要包括阀门内部阀杆改
进、电磁阀隐患更换及气源管改进等。
关键词：　阀门　控制　隐患
文章编号：　１６７４－１０９９　（２０２２）０４－００４９－０４　　中图分类号：ＴＱ３２２２　　文献标志码：　Ａ
收稿日期：２０２２－０４－０６。
作者简介：吴冬玲，女，２００８年毕业于南京林业大学机械电子
工程学院自动化专业，长期从事仪表管理工作。
　　工业化是一个动态的、不断发展的过程，伴随
着科学技术的进步，设备的更新换代也越来越快，
为降低对进口设备的依赖，节约成本，缩短制造周
期，应在依托逐渐发展壮大的中国本土制造业的
基础上，实现更好、更快的设备更新，消除故障隐
患。如石油化工生产中使用的主要控制阀门伴随
运行时间不断变长必然存在各种问题或故障隐
患，为恢复或提高设备系统的使用精度、额定功能
与安全可靠性，需对设备进行改进或更新，以提高
设备运行效率，确保生产人员的可操作性，保障企
业老旧装置的生产能力和长周期运行。
１　装置概况及釜底阀简介
１１　装置概况
中国石化上海石油化工股份有限公司（以下
简称上海石化）合成树脂部 １号高压聚乙烯（１ＰＥ）
装置始建于 １９７６年，采用三菱油化 －ＢＡＳＦ超高压
管式 Ｅ法高压聚乙烯技术，聚合压力为 ２８０ＭＰａ
（超高压），聚合温度 ３１０～３４０℃，经改造后，合计生
产能力为 ７３ｋｔ／ａ，是上海石化压力等级最高、自控联
锁系统较为复杂、工艺设备要求最苛刻、安全危险性
最大的生产装置之一。但在目前形势下，该装置的
运行时间已是国内同类装置中最长，部分设备日渐
老化，在运行过程中必然存在一定的故障隐患。为
有效减少故障风险，保护环境，提出以结构先进、技
术完善、效率高、能耗少的新型设备来代替陈旧设
备，从而不断增强企业的生产力和市场竞争力。
１２　釜底阀简介
１ＰＥ装置的工艺生产分为压缩、聚合、造粒、风
送、包装等 ５个工序，有两条生产线（一系列和二系
列），每条生产线均涉及 ３台釜底阀（工艺俗称排
料阀，一 系 列 为 １ＨＣＶ３０１／１ＨＣＶ３０２／１ＨＣＶ３０３，
二系列为 ２ＨＣＶ３０１／２ＨＣＶ３０２／２ＨＣＶ３０３）。这些
釜底阀位于高压循环（ＨＰＲ）系统，主要用于排除
高压循环气体各段的溶剂油、低聚物等，其流程主
要是将未反应的乙烯由高低压制品分离器（Ｖ－
２０２）顶部送入高压循环气体第一冷却器 （Ｅ－
３０ｌＡ／Ｂ），由前半段为热水、后半段为冷水或再冷
水三重汇流构成的第一冷却器（Ｅ－３０１Ａ／Ｂ）冷
却到 １２０℃，随后进入第一分离器（Ｖ－３０１），以
便把低聚物分离出来，气体再进入也由三重汇流
构成的第二冷却器（Ｅ－３０２），经过冷水或再冷水
冷却到 ５５℃，通过第二分离器（Ｖ－３０２）进入由三
重汇流构成的第三冷却器（Ｅ－３０３）冷却到 ３５℃，
通过第三分离器（Ｖ－３０３）和高压循环过滤器（Ｆ
－１０１Ａ／Ｂ）进入后段压缩机（Ｋ－１０２）１段入口再
度返回循环，每个分离器下方安装一台釜底阀进
行分时分段排料。釜底阀的主要流程如图 １所
示。
釜底阀的原始设备生产厂家为 ＫＩＳＨＩＫＡＷＡ
（日本），设计入口最大压力达 ２０２ＭＰａ，出口压
力为 ０２ＭＰａ，工艺生产过程中要求每 ０５ｈ动作
一次且 动 作 持 续 ０２ｓ（可 通 过 延 时 继 电 器 调
整），因此动作频繁，且检修过程中又经过多次堆
·４９·
　第３８卷　第４期
２０２２ 年 ８ 月
　　　　　　　 　　 　 石 油 化 工 技 术 与 经 济
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｃｏｎｏｍｉｃｓｉｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ
焊打磨，造成阀门磨损日趋严重，阀杆的动作方向
也有所偏移，使用周期逐渐缩短（工艺操作上要
求若 ８ｈ内该阀门不能动作即强制执行停车程序
以保障生产安全）。因此，根据现场实际测绘及
改进要求，决定采用以国代进的方式研制国内自
主设计生产制造的高性能釜底阀，其结构见图 ２。
图 １　阀门主要工艺流程
图 ２　釜底阀结构
　　１ＰＥ装置釜底阀适用于高压差的场合，因受
实际生产工艺所用的介质（浆料聚乙烯 ＋乙烯气
体）、温度（设计使用最高 ２５０℃）、压力（设计使
用最高 ３５ＭＰａ）、腐蚀等因素限制，需使阀体耐压
等级、使用温度范围及耐腐蚀性能和材质都不低
于工艺连接管道材质的要求，因此阀体采用国内
自主开发的超高压合金锻件材料；另外，其阀门内
件（阀杆、阀芯等）为了满足耐腐蚀、耐流体冲蚀
·５０·
　 　 石 油 化 工 技 术 与 经 济
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｃｏｎｏｍｉｃｓｉｎＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌｓ　　　　　　　　　第３８卷　第４期　
２０２２ 年 ８ 月
等要求，选用具有高强度、硬度和抗腐蚀的马氏体
不锈钢（１７－４ＰＨ）；填料函在温度高于 ２００℃的
情况下选用双层填料结构，填料材质则选用了柔
性石墨（美国进口 ＥＶＳＰ９０００）。
２　阀门故障及改进措施
２１　阀杆故障
１ＰＥ装置的两条生产线共涉及 ６台釜底阀，
自建成投用以来因工艺生产流程需要不得不定时
频繁动作，且经过多次拆装修理，缩短了釜底阀的
使用年限，经常发生内漏现象及阀座磨损的故障。
因此决定更换新阀门，同时将阀门的结构进行了
优化与改进（２０１９年初次更换 ３台国产 ＹＤ１０２Ｙ
高性能釜底阀）。
在阀门的长期运行及检修过程中观察发现，
造成阀门动作故障的主要原因在于每次阀门的阀
杆向上打开时，工艺生产流程系统内的压力就会
把阀杆推向排料口方向，当阀门关闭时阀杆也会
偏向排料口，先碰到阀门排料口的阀座，如此频繁
的动作致使阀杆和阀座磨损，从而引起阀门内漏。
因此提出将原始阀杆增加 ４条导向槽的改进措
施，并在 ２０１９年 ６月首次更换的 ３台排料阀中应
用，其后运行正常。借助装置停车检修机会将阀
门进行解体检查，发现阀杆及阀座都没有磨损，阀
门的动作状态也良好，从而有效降低了因阀门内
漏故障引起生产波动或非计划停车的风险，保障
了工艺生产的安稳运行。
２２　系统控制故障
该阀门控制采用独立的继电器系统，以一条
生产线的 ３台阀门为一组，通过配置一定数量的
继电器实现在可操作范围内的阀门动作程序。系
统主要 使 用 的 继 电 器 类 型 为 延 时 继 电 器 （ｍｓ
级），是一种实现触点延时接通或断开的自动控
制电器，由时间设定按钮和控制触点等组成，分为
通电延时型和断电延时型。前者在继电器通电后
其触点延时一定时间后再发生动作，触点断电后
立即释放；后者在触点通电后马上动作，在断电后
则延时一段时间触点才释放。触点的动作时间由
时间设定旋钮设定［２］。该控制柜独立安装在装
置中控室内。
阀门控制系统由工艺操作人员进行日常操
作，通过钥匙开启控制柜上相应的旋钮开关以切
换手动和自动状态、气源空气的开和关以及选择
试验模式。在机柜面板上还设置了 ３个对应控制
阀门打开的按钮和对应显示阀门开关状态的指示
灯，当控制系统切换到自动状态时，３台排料阀依
据继电器系统以事先设定的逻辑程序进行阀门动
作的自 循 环 流 程，即 从 ＨＶ３０１起 至 ＨＶ３０２到
ＨＶ３０３按照设定的时间间隔（２０ｓ）触发阀门依次
动作，每小时轮回动作一次。
由继电器组成的控制系统主要由元器件和导
线连接而成，能完成既定的逻辑控制需求，其结构
组成简单、成本低廉，所以适用于小型的控制系统
要求。而继电器元件内部的机械物理触点在长时
间运行后容易损坏，接线也容易受到外部振动或环
境腐蚀等因素的影响，使整个控制系统的可靠性逐
渐降低（供电电源线故障，更换新电缆后正常）。
２３　隐患排除
一台阀门的动作好坏不仅取决于阀门本身状
况是否完好，其附件的完好性也有着至关重要的
作用，因为很多时候阀门动作的异常或失控都由
附件故障引起，因此在日常运行过程中对阀门附
件设备的维护保障及优化改进也是必须的。
２３１　电磁阀更新
电磁阀是一种利用线圈通电和断电以控制液
体、气体 或 蒸 汽 通 断 的 设 备，用 以 实 现 自 动 切
换［２］。一般通电后电磁阀动作，失电后利用弹簧
进行复位，其关闭和打开的动作比较快速，而从安
全角度考虑，电磁阀使用较长时间后，其线圈也就
存在着一定的隐患。１ＰＥ装置每台阀门涉及 ２台
电磁阀（为确保工艺生产过程中阀门的正常运
行，任一电磁阀得电即动作）。从建成投用以来，
虽然运行过程中并未出现过故障，但从使用时间
上看已超出规定年限，且该款电磁阀的同类备件
在国内外市场上已停产，故进行设备的更新以消
除潜在隐患。
２３２　气源管改进
阀门动作能否正常与气源供气也有很大关
系，气源供气压力不能正常达标，供气气源含水、
油、微尘或其他杂质使供气管路堵塞而不通畅，气
源管线泄漏等，都会对阀门的正常运行带来一定
的故障隐患。原阀门在运行过程中经常发生动作
延迟，不能在设定的时间内完成工艺要求的阀门
动作，观察现场运行环境发现，原先使用的气源管
直径为 ６ｍｍ，气源管又较长（取源口引出至阀
门）。将气源管直径改为 ８ｍｍ，更新后阀门动作
　第４期（２０２２）　　　　　　　　　　　　吴冬玲釜底阀的故障分析及改进 ·５１·
延迟的现象有所改善，且运行状态良好。
２３３　保温伴热改进
阀门的保温伴热是节省能源、提高设备热效
率、确保产品质量、使设备正常运转必不可少的一
项保护措施，主要用于保障设备正常稳定运行或
停机后稳定散热［３］。阀门的保温结构因本身形
状的复杂性造成保温位置不佳，给保温效果带来
一定的影响。根据现场实际运用情况，主要采取
了伴热管的方式进行加热保温，改造现场伴热管
加热，即沿着物流管道的底部伴有缠绕小直径的
管道，通入蒸汽或热水将热量传给物料，从而使管
道内部的介质保持流通顺畅，消除了原先因保温
伴热位置不佳导致的物料不畅造成阀门动作延迟
或卡死的问题，保障阀门动作达到相关规定的要
求。
２３４　填料更换
在日常运行中由于阀门动作频次较高，极易
造成内部填料严重磨损。根据阀门检维修经验，
利用装置停车检修机会（阀门使用时间达半年及
以上），针对该系列阀门更换填料密封组件，消除
潜在的隐患风险，确保阀门正常运行。阀门填料
的密封是将填料装填在阀杆与填料函之间以防止
介质向外渗漏的一种动密封结构，当阀杆与填料
做相对运动时，由于填料的自润滑作用或产生的
油膜使填料与阀杆之间的边界保持润滑状态，延
迟了填料与阀杆的磨损，能较长期地保持紧密贴
合从而阻止介质渗漏；而在阀杆运动时又不可避
免地在填料与阀杆之间产生微小又不规则的运动
间隙，依靠填料自身的可塑性及回弹性填补了该
运动间隙，使填料和阀杆保持紧密贴合［４］。填料
的正确安装及使用是确保阀门在运行过程中降低
发生“跑、冒、滴、漏”几率的关键，选用合适的填
料是满足相应阀门工作条件的重要因素。
２４　日常维护
釜底阀作为生产装置的关键设备对工艺产品
的产量和质量影响很大，一旦生产过程中出现故
障就必须及时进行修复，又不能影响生产进度，为
此必须做好阀门整台备件更换的充分准备。替换
下来的旧阀门进行维修再利用，拆卸解体后更换
阀杆填料、阀芯、阀座等，研磨阀芯和阀座，组装后
通过加压测试确定完好后使用。拆下故障阀门，
安装复位备件阀门，完成调试并投入运行，使生产
过程快速且顺利恢复，降低装置不必要的生产波
动或非计划停车的风险。
３　结语
国产阀门更新运行以来，工艺生产状况一直
良好且平稳，后期 １ＰＥ装置又成功更换了一系列
的产品出料阀（１ＬＣＶ２０１）。借助两项国产化阀门
的研制及成功应用的经验，逐步开展 １ＰＥ装置高
压赖斯阀（ＶＰＩ２０１）的国产化专项项目。同时进
行继续运行跟踪和故障完善，确保装置日常生产
的安稳长满优。
参 考 文 献
［１］　杜鹃，廖明燕，侯春望，等．石油化工自控工程设计及仪表安
装．北京：中国石油大学出版社，２０１０．
［２］　黄宋魏．工业过程控制系统及工程应用．北京：化学工业出
版社，２０１５．
［３］　张汉林，张清双，胡远银．阀门手册———使用与维修．北京：
化学工业出版社，２０２０．
ＦａｉｌｕｒｅＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅＢｏｔｔｏｍ ＶａｌｖｅｏｆｔｈｅＫｅｔｔｌｅ
ＷｕＤｏｎｇｌｉｎｇ
（ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔＣｏｎｔｒｏｌＣｅｎｔｅｒ，ＳＩＮＯＰＥＣＳｈａｎｇｈａｉＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２００５４０）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ
Ｔｈｅ６ ｂｏｔｔｏｍ ｖａｌｖｅｓｉｎ ＃１ ＨＤＰＥ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｎｅ ｉｎ ＰｏｌｙｅｓｔｅｒＤｉｖｉｓｉｏｎ ｏｆＳＩＮＯＰＥＣ Ｓｈａｎｇｈａｉ
ＰｅｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＣｏ．，Ｌｔｄ．ｎｅｅｄｔｏｂｅｄｉｓｍａｎｔｌｅｄｆｒｅｑｕｅｎｔｌｙｆｏｒｎｅｃｅｓｓａｒｙｇｒｉｎｄｉｎｇａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅｄｕｅｔｏ
ｆｒｅｑｕｅｎｔｍｏｖｅｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅｄａｉｌｙｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｍａｋｅｓｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｖａｌｖｅｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｉｎ
ｏｒｄｅｒｔｏａｄａｐｔｔｏｔｈｅｈａｒｓｈｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｅｎｓｕｒｅｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｏｒｍａｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓ
ｔｙｐｅｏｆｖａｌｖｅ，ｔｈｅｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆ
ｉｎｔｅｒｎａｌｖａｌｖｅｓｔｅｍ ｏｆｔｈｅｍａｉｎｖａｌｖｅｓ，ｔｈｅｒｅｐｌａｃｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒｏｆｔｈｅｓｏｌｅｎｏｉｄｖａｌｖｅ，ａｎｄｔｈｅ
ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆａｉｒｓｏｕｒｃｅｐｉｐｅ，ｅｔｃ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｖａｌｖｅ，ｃｏｎｔｒｏｌ，ｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒ
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２０２２ 年 ８ 月

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